DE19522622C2 - Vorrichtung zur Steuerung eines motorischen Antriebs - Google Patents
Vorrichtung zur Steuerung eines motorischen AntriebsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines
motorischen Antriebes zur Betätigung der Antriebswelle eines
zwischen zwei Endstellungen und ggf. einer oder mehreren
dazwischenliegenden Haltestellung bewegbaren Elements,
insbesondere Endabschaltung für Rohrantriebe, Aufsteck
antriebe, Garagentorantriebe (Deckenschlepper) oder dgl., mit
einer das Erreichen einer End- bzw. Haltestellung angebenden
Schalteinrichtung, deren Ausgangssignale zur Abschaltung des
Antriebs verwendet werden, mit einer Speichervorrichtung für
die Aufnahme, Speicherung und Angabe der End- und/oder
Haltestellungen und einer Positions-Angabevorrichtung, die ein
von der jeweiligen Stellung des bewegbaren Elementes abhängi
ges Signal erzeugt, wobei die Schalteinrichtung bei Erreichen
der angestrebten End- bzw. Haltestellung in Übereinstimmung
mit dem zugehörigen Angabewert der Speichervorrichtung das
entsprechende Ausgangssignal zur Abschaltung des Antriebs
auslöst.
Derartige Vorrichtungen sind insbesondere zur elektronischen
Endabschaltung von Rolladen, Markisen, Garagentoren, Roll
toren, Rollgittern und dgl. bestimmt. Mit diesen sollen die
Rolladen, Markisen, Tore und dgl. automatisch angehalten
werden, wenn sie eine vorbestimmte Stellung, insbesondere eine
Endstellung erreicht haben.
Da die Einstellung der End- bzw. Haltestellungen häufig recht
aufwendig ist, weil die Rolladen, Markisen, Tore oder dgl.
unterschiedlichste Abmessungen aufweisen, ist in der DE 38 01 245 A1
bereits ein Torantrieb mit einer von der Bewegung eines
Torblattes abhängigen Steuerung des Antriebsmotors vor
geschlagen, der bei einfachem Aufbau vor allem auch bei einer
Erstinbetriebnahme eines neuinstallierten Tores keine
diffizilen Einstellarbeiten verlangt. Dabei geht man von der
Grundvorstellung aus, eine die jeweilige Bewegungsstellung
eines Torblattes angebende Positions-Angabevorrichtung
zumindest einmal auf dem Weg zwischen den beiden Endstellung
mit der tatsächlichen Torbewegung zu synchronisieren, wodurch
ermöglicht werden soll, daß diese Angabevorrichtung in
gewissem Umfange fehlerbehaftet sein darf. Bei Durchlaufen
einer bestimmten, weitgehend frei wählbaren Referenzpunkt
stellung des Torblattes zwischen dessen Endstellungen bzw. ein
oder mehreren zwischen diesen angeordneten Haltestellungen
wird eine Referenzpunkt-Indikatorvorrichtung betätigt, die
ihrerseits ein Synchronisiersignal zu der Positions-Angabevor
richtung leitet, wodurch diese Angabevorrichtung auf einen
bestimmten Wert eingestellt wird, der von der Durchfahr
richtung des Torblattes durch die Referenzpunktstellung
abhängig sein kann. In einer Speichervorrichtung wird je
Endstellung und je Haltestellung des Torblattes ein bestimmter
Speicherwert eingegeben, der den Wert der Positions-Angabevor
richtung bestimmt, bei dessen Erreichen der Antriebsmotor
stillgesetzt wird.
Bei dem bekannten Torantrieb wird zwar die Möglichkeit
geschaffen, durch eine Referenzpunkt-Indikatorvorrichtung
elektronisch die Anfangs- und Endstellung sowie dazwischenlie
gende Haltestellungen zu bestimmen, jedoch entstehen durch das
inkrementale Meßverfahren neue Meßfehler, die auch durch das
automatische Synchronisieren bei einem jeden Durchlaufen der
Referenzpunktstellung nicht ausgeglichen werden. Die Meßfehler
beruhen im wesentlichen darauf, daß eine sehr große Anzahl von
Impulsen gezählt werden muß, was aufgrund der harten Betriebs
bedingungen zu erheblichen Fehlern führen kann. Damit werden
die Endstellungen nicht exakt angefahren, was zu einer
Beschädigung der beweglichen Elemente, wenn nicht gar zu deren
Zerstörung führen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine
Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit
einfachen technischen Mitteln eine hohe Meßgenauigkeit
gewährleistet und dies auch bei Langzeitbetrieb unter
härtesten Betriebsbedingungen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Positions-Angabevorrichtung ein periodisches, von der Stellung
des bewegbaren Elements abhängiges Signal erzeugt, dessen
Signalmaxima und/oder -minima als virtuelle Referenzpunkte
erfaßt werden, daß die Lage der End- bzw. Haltestellungen
durch jeweils einen virtuellen Referenzpunkt sowie den
Absolutwert der Signalspannung an der End- bzw. Haltestellung
definiert wird und daß die Anzahl der zwischen zwei End- bzw.
Haltestellungen liegenden virtuellen Referenzpunkte sowie die den End-
bzw. Haltestellungen zugeordneten Absolutwerte der Signal
spannung in der Speichervorrichtung gespeichert werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das der Steuerung zugrundeliegende periodische Signal kann
besonders einfach von der Bewegung der Antriebswelle abgelei
tet werden. Eine Periode entspricht dabei einer bestimmten
Wegstrecke des zu bewegenden Elements. Jeder End- bzw. Halte
stellung wird ein analoger Wert dieser Signalspannung zuge
ordnet. Darüber hinaus werden beim Anfahren einer End- bzw.
Haltestellung die Extrema, also die Maxima und/oder Minima des
Signals erfaßt und gezählt. Diese Extrema bilden sogenannte
virtuelle Referenzpunkte. Durch die Anzahl der zwischen zwei
End- bzw. Haltestellungen liegenden virtuellen Referenzpunkte
sowie die durch die jede End- bzw. Haltestellung zugeordnete
Signalspannung ist die zwischen zwei Punkten zurückzulegende
Strecke eindeutig definiert. Die Genauigkeit des Anfahrens der
End- bzw. Haltestellungen wird dadurch erreicht, daß das
Signal direkt von der Stellung des bewegbaren Elements
abhängt, wobei jedem Haltepunkt ein absoluter Signalspannungs
wert zugeordnet wird. Gegenüber rein inkrementalen Meßverfahren
hat dies den Vorteil, daß auftretende Störungen,
z. B. Burstimpulse im Stromnetz, die Abschaltgenauigkeit nicht
beeinflussen können. Das gilt auch für die inkrementalen
virtuellen Referenzpunkte, da diese aus den Signalextrema
ermittelt werden, und diesen somit auch ein analoger Absolut
werte zugeordnet werden kann.
Besonders einfach kann das periodische Signal durch ein
Drehpotentiometer ohne Anschlag mit einem geschlossenen
Widerstandsring erzeugt werden. Ein solches Drehpotentiometer
ist besonders einfach, beispielsweise an der Antriebswelle,
vorzusehen.
Vorteilhafterweise weist das Potentiometer eine lineare
Kennlinie auf. Der Wert des Signals ist deshalb innerhalb
einer Halbperiode proportional zu der zurückgelegten Strecke
des bewegbaren Elements.
Zweckmäßigerweise liegen die Anschlüsse des Drehpotentiometers
bei 0° und 180°. Hieraus folgt, daß auch die Signalmaxima und
-minima bei 0° und 180° liegen. Diese bilden gleichzeitig die
virtuellen Referenzpunkte, die auf diese Weise direkt von der
Stellung des bewegbaren Elements bzw. der dieses Element
antreibenden Welle abgeleitet ist.
Gemäß weiterer Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen,
daß das Drehpotentiometer über ein Zahnradgetriebe oder einen
Riementrieb angetrieben ist. So kann die Drehgeschwindigkeit
des Drehpotentiometers im Verhältnis zu der des bewegbaren
Elements so gewählt werden, wie dies für die gewünschte
Schaltgenauigkeit erforderlich ist.
In Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens ist vorgesehen,
daß das Zahnradgetriebe oder der Riementrieb eine Übersetzung
von 1 : 3 aufweisen. Auf diese Weise kommen auf eine Umdrehung
der Antriebswelle drei Potentiometerumdrehungen, was sich als
günstig erwiesen hat, um in der Praxis die gewünschte
Genauigkeit zu erhalten.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungs
gemäßen Vorrichtung zur Verwendung in einem Rohr
antrieb,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß
zur Signalerzeugung verwendeten Drehpotentiometers,
Fig. 3 eine schematische Darstellung des zur Steuerung des
motorischen Antriebs verwendeten Signals,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Aus
führungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Verwendung in einem Aufsteckantrieb.
Der in Fig. 1 gezeigte Rohrantrieb weist einen nicht näher
dargestellten zylindrischen Elektromotor 1 auf, der in einer
aus einem kreiszylindrischen Rohrkörper bestehenden, ebenfalls
nicht dargestellten (Wickel-)Hohlwelle angeordnet ist, an der
in bekannter Weise der Endrand eines Rollos, einer Markise
oder dgl. befestigt ist. Die Abtriebswelle des Elektromotors
1 ist mit einem Mitnehmerlaufring 2 verbunden, der eine Nase
3 aufweist, über die er fest mit der Innenwandung der nicht
dargestellten Hohlwelle verbunden ist. Ein aus dem einen Ende
der Hohlwelle herausragender Lagerstutzen 4 ist in einer
Halteplatte 5 mittels eines Befestigungsstiftes 6 befestigt,
der durch Öffnungen 7 in den Lagerstutzen 4 eingreift.
Der mit der drehbaren Hohlwelle, auf der ein nicht dargestell
tes Rollo, eine Markise oder dgl. auf- und abgewickelt wird,
fest verbundene Mitnehmerlaufring 2 weist eine Innenverzahnung
auf, die mit einem Stirnrad 8 kämmt.
Zur Steuerung des Antriebs, insbesondere zu dessen Endab
schaltung, ist in einem Steuergehäuse 9 eine als Drehpotentio
meter 10 ausgebildete Positions-Angabevorrichtung angeordnet,
die über die nur schematisch dargestellte Welle 11 mit dem
Stirnrad 8 drehbar verbunden ist.
Der Umfang des Stirnrades 8 ist so ausgelegt, daß auf eine
Umdrehung des Mitnehmerlaufrings 2 drei Umdrehungen des
Stirnrades 8 und somit auch der Welle 11 sowie des Drehpoten
tiometers 10 kommen. Somit steht die Stellung des Drehpoten
tiometers 10 in direkter Beziehung zur Stellung des Mitnehmer
laufrings 2 und somit auch zur Stellung des mit dem Mitnehmer
laufring 2 über die nicht dargestellte Hohlwelle verbundenen
bewegbaren Elements.
Der Anschluß 12 dient zum einen zur Spannungszufuhr und zum
anderen zur Signalübertragung von dem als Positions-Angabevor
richtung dienenden Drehpotentiometers 10 zu einer nicht
dargestellten Schalteinrichtung, deren Ausgangssignale zur
Abschaltung des Antriebs, also des zylindrischen Elektro
motors 1 verwendet werden.
In Fig. 2 ist der Aufbau des Drehpotentiometers 10 genauer
dargestellt. Das Drehpotentiometer weist einen geschlossenen
Widerstandsring 13 auf, dessen Anschlüsse 14 und 15 sich
gegenüberliegen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist dies
die 0° und 180° Position des geschlossenen Widerstandsrings
13. Der Schleifring 16 ist mit einem Anschluß 17 verbunden
und kann ohne Anschlag durchdrehen.
Bei Drehung des Schleifrings 16 ergibt sich am Anschluß 17 der
in Fig. 3 dargestellte Signalspannungsverlauf. In der 0°
Position liegt der Schleifring 16 direkt am Anschluß 14 auf,
so daß die zwischen Anschluß 14 und Anschluß 17 anliegende
Signalspannung 0 beträgt. Bei Drehen des Schleifrings 16
steigt diese Signalspannung entsprechend dem sich am ge
schlossenen Widerstandsring 13 zwischen dem Schleifring 16 und
dem Anschluß 14 ergebenden Ohmschen Widerstand an. Die
Signalspannung erreicht ihr Maximum, wenn der Schleifring 16
am Anschluß 15 in seiner 180° Position anliegt. Bei Weiter
drehen des Schleifrings sinkt sie bis zur 360° Position, in
der der Schleifring 16 wiederum am Anschluß 14 anliegt, auf
0 Volt ab. Durch weiteres Drehen des Schleifringes 16 ergibt
sich somit ein periodischer Signalspannungsverlauf, der zwi
schen 0 Volt und einer Maximalspannung schwankt. Sofern das
Drehpotentiometer 10 eine lineare Kennlinie aufweist, ergibt
sich die in Fig. 3 dargestellte dreieckige Form für die
Signalspannung. Dadurch kann jeder Drehposition des Drehpoten
tiometers 10 besonders einfach und genau ein entsprechender
Signalspannungswert zugeordnet werden.
Damit auch jede Stellung des bewegbaren Elements eindeutig aus
dem Signal der Positions-Angabevorrichtung, d. h. dem Drehpo
tentiometer 10 bestimmbar ist, werden die bei 180°, 540° etc.
des Signals auftretenden Spannungsmaxima und/oder die bei 0°,
360° etc. des Signals auftretenden Spannungsminima von der
nicht dargestellten Schalteinrichtung erfaßt und als virtuelle
Referenzpunkte gezählt. Da diese Signalextrema grundsätzlich
dann auftreten, wenn der Schleifring 16 an den Anschlüssen 14
bzw. 15 zu liegen kommt, stehen diese Signalextrema in direk
tem Bezug zur Drehstellung des Drehpotentiometers 10 und somit
zur Stellung des Mitnehmerlaufrings 2 sowie des zu bewegenden
Elements. Da die Signalspannung an den virtuellen Referenz
punkten nicht nur, wie bei rein inkrementalen Meßverfahren,
als Impuls vorliegt, sondern den Signalmaxima und -minima auch
analoge Absolutwerte für die Signalspannung zugeordnet werden
können, kann die Auswertung des Signals und die Bestimmung und
Zählung der virtuellen Referenzpunkte besonders sicher erfol
gen, ohne daß auftretende Störungen, z. B. Burstimpulse in der
Netzzuleitung, die Abschaltgenauigkeit beeinflussen könnten.
Zum Programmieren der End- bzw. Haltestellungen wird der nicht
dargestellten Schalteinrichtung, die beispielsweise ein
Microcontroller sein kann, durch Drücken eines Programmierta
sters mitgeteilt, daß eine Programmierung der End- bzw.
Haltepunkte erfolgen soll. Nun wird der Rohrantrieb im
Tastbetrieb ("auf" oder "ab") auf den Punkt der ersten End-
bzw. Haltestellung gefahren. Dieser Punkt wird der Schaltein
richtung durch entsprechendes Drücken des Programmiertasters
mitgeteilt. Dadurch wird der Referenzpunktzähler auf 0 gesetzt
und der absolute Spannungswert des Signals an diesem Punkt
eingelesen und in der Speichervorrichtung abgelegt. Nun wird
die zweite End- bzw. Haltestellung wiederum im Tastbetrieb
angefahren. Während dieser Fahrbewegung zählt die Schaltein
richtung die aus dem Signal ermittelten virtuellen Referenz
punkte im Referenzpunktzähler. Die Lage des zweiten Halte
punktes, beispielsweise der zweiten Endlagenstellung, wird der
Schalteinrichtung durch entsprechendes Drücken des Program
miertasters mitgeteilt. Der an diesem Punkt anliegende
Analogwert der Signalspannung wird ebenso in einem EEPROM der
Speichervorrichtung gespeichert, wie der Wert des Referenz
punktzählers und der Analogwert der ersten Haltestellung.
Nach erfolgter Speicherung der verschiedenen End- bzw.
Haltestellungen können diese automatisch, z. B. über eine
Funkfernsteuerung oder einen Türschloßschalter, angefahren
werden. Wird dabei der Rolladen oder die Markise von einer
Endlage in eine zweite Endlage gefahren, so werden für den
eigentlichen Verfahrvorgang von der Steuerung die virtuellen
Referenzpunkte gezählt, bis der in der Speichervorrichtung
abgelegte Wert erreicht wird. Der Motor läuft so lange weiter,
bis auch der für die jeweilig Endstellung im EEPROM gespei
cherte Analogspannungswert der Signalspannung erreicht wird,
worauf der Motor abgeschaltet wird.
Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform zeigt einen
Aufsteckantrieb 18, der mit der als Hohlwelle ausgebildeten
Antriebswelle 19 auf eine (nicht dargestellte) Garagentorwelle
oder dgl. aufsteckbar ist. Die Hohlwelle 19 wird von einem
Elektromotor 20 angetrieben, der an ein Schaltgehäuse 21
angeflanscht ist.
Zum Antrieb des als Positions-Angabevorrichtung dienenden
Drehpotentiometers 10 ist auf der Abtriebswelle 19 eine
Scheibe 22 vorgesehen, die über einen Keil- oder Zahnriemen
23 mit einem Getriebe 24 verbunden ist. Dieses Getriebe 24
steht über eine Welle 25 mit dem Drehpotentiometer 10 in
Verbindung, das einen Anschluß 12 für die Schalteinrichtung
aufweist. Die Übersetzung des Getriebes 24 ist so gewählt, daß
auf eine Umdrehung der Abriebswelle 19 zwischen einer und fünf
Umdrehungen des Drehpotentiometer 10, vorzugsweise drei Um
drehungen des Drehpotentiometers 10 kommen. Die Arbeitsweise
des Aufsteckantriebs 18 in bezug auf die Endabschaltung ist
die gleiche wie die des in den Fig. 1 bis 3 beschriebenen
Rohrantriebs.
1
zylindrischer Elektromotor
2
Mitnehmerlaufring
3
Nase
4
Lagerstutzen
5
Halteplatte
6
Befestigungsstift
7
Öffnungen
8
Stirnrad
9
Steuergehäuse
10
Drehpotentiometer
11
Welle
12
Anschluß
13
geschlossener Widerstandsring
14
Anschluß
15
Anschluß
16
Schleifring
17
Anschluß
18
Austeckantrieb
19
Abtriebswelle
20
Elektromotor
21
Schaltgehäuse
22
Riemenscheibe
23
Riemen
24
Getriebe
25
Welle
Claims (8)
1. Vorrichtung zur Steuerung eines motorischen Antriebes zur
Betätigung der Antriebswelle eines zwischen zwei Endstellungen
und ggf. einer oder mehreren dazwischenliegenden Haltestel
lungen bewegbaren Elementes, insbesondere Endabschaltung für
Rohrantriebe, Aufsteckantriebe, Garagentorantriebe (Decken
schlepper) oder dgl., mit einer das Erreichen einer End- bzw.
Haltestellung angegebenen Schalteinrichtung, deren Ausgangs
signale zur Abschaltung des Antriebs verwendet werden, mit
einer Speichervorrichtung für die Aufnahme, Speicherung und
Angabe der End- und/oder Haltestellungen und einer Positions-
Angabevorrichtung, die ein von der jeweiligen Stellung des
bewegbaren Elements abhängiges Signal erzeugt, wobei die
Schalteinrichtung bei Erreichen der angestrebten End- bzw.
Haltestellung in Übereinstimmung mit dem zugehörigen Angabe
wert der Speichervorrichtung das entsprechende Ausgangssignal
zur Abschaltung des Antriebs auslöst, dadurch gekennzeichnet,
daß die Positions-Angabevorrichtung (10) ein periodisches, von
der Stellung des bewegbaren Elements abhängiges Signal
erzeugt, dessen Signalmaxima und/oder -minima als virtuelle
Referenzpunkte erfaßt werden, daß die Lage der End- bzw.
Haltestellungen durch jeweils einen virtuellen Referenzpunkt
sowie den Absolutwert der Signalspannung an der End- bzw.
Haltestellung definiert wird und daß die Anzahl der zwischen
zwei End- bzw. Haltestellungen liegenden virtuellen Referenz
punkte sowie die den End- bzw. Haltestellungen zugeordneten
Absolutwerte der Signalspannung in der Speichervorrichtung
gespeichert werden.
2. Vorrichtung zur Steuerung eines motorischen Antriebes
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das periodische
Signal durch ein Drehpotentiometer (10) ohne Anschlag mit
geschlossenem Widerstandsring (13) erzeugt wird.
3. Vorrichtung zur Steuerung eines motorischen Antriebes
nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Potentiometer
(10) eine lineare Kennlinie aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Anschlüsse des Drehpotentiometers (10)
bei 0° und 180° liegen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Drehpotentiometer (10) über ein
Zahnradgetriebe angetrieben ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Drehpotentiometer (10) über einen
Riementrieb angetrieben ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
das Zahnradgetriebe eine Übersetzung von etwa 1 : 3 aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Riementrieb eine Übersetzung von etwa 1 : 3 aufweist.
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